KR100402630B1 - 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 도자기, 타일 소재로 사용되고 있는 견운모질 도석으로부터 페인트, 제지, 잉크 등의 충전재로 활용할 수 있는 산업용 충전재 생산방법에 관한 것으로서, 백색도가 낮은 견운모질 도석 원광석을 소정의 선별수단으로 백색도를 저하시키는 함철 불순광물을 제거하여 정제된 견운모질 도석을 생산, 건조하는 단계와; 상기 건조된 원광석에 함유된 경질의 광물을 선택분쇄 기술을 적용하여 74∼61㎛ 크기 이하로 분쇄한 다음 동 분쇄산물을 1차 분급기로 공급하는 단계와; 상기 1차 분급기에 공급된 분체를 43㎛ 이하로 분급하는 단계와; 상기 1차 분급기에 의해 43㎛ 이하로 분리된 분체를 2차 분급기에 공급하여 초미립 분체를 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 기존의 공정 및 생산방법에 비하여 에너지를 35% 정도 절감할 수 있으며, 분쇄기의 효율을 300% 정도 향상시키고, 오염으로 인한 백색도 저하현상을 방지하는 효과가 있으며, 특히 도자기, 타일 등의 원료로 사용되는 견운모질 도석을 본 공정을 사용하여 산업용 충전재로 개발한다면 부가가치 향상율은 매우 커서 국내 부존자원의 부가가치 향상 및 미분체 생산공정 개선에 커다란 기여를 할 수 있는 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법이 제공된다.

Description

견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법{Producing Process for Industrial Fillers from Sericitic Pottery-stone}

본 발명은, 견운모질 도석을 이용하여 각종 산업용 충전재로 사용하기 위한 미분쇄 공정에서 분해 에너지 절감과 오염방지 그리고 분쇄기를 효율적으로 이용할 수 있는 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 견운모질 도석에 함유되는 불순광물 중 백색도를 저하시키는 황철석과 능철석 등과 같은 불순광물을 부유선별과 자력선별에 의하여 제거하여 1차로 백색도를 향상시킨다.

백색도가 향상된 정제 도석에는 석영 등 경질 광물이 함유되어 충전재 용도에 맞는 입도 조절시 분쇄 에너지가 과도하게 투입되며, 분쇄시간의 연장으로 분쇄기의 용량감소, 백색도 저하는 물론이고 본체의 물성도 저하된다. 따라서 이러한 불순광물을 분체 제조과정에서 제거하여 분쇄 에너지 절감과 분쇄시간을 단축하여 분쇄기의 효율을 향상시킴으로써 백색도와 물성을 향상시킬 수 있는 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법 관한 것이다.

지금까지 견운모질 도석을 이용하여 산업용 충전재를 생산한 기술은 없었다. 이러한 원인은 광상의 성인상 도석은 착색의 원인이 되는 황철석, 산화철 등 함철 불순광물은 물론이고 석영, 장석 등 경질의 광물이 혼입되기 때문이다. 즉, 함철 불순광물은 원광석의 백색도를 저하시키고, 경질의 불순광물은 미분쇄가 곤란하여 미분쇄에 투입되는 분쇄 에너지의 증가와 분쇄시간 지연으로 오염이 되어 백색도 저하 원인이 되기 때문이다.

따라서, 백색도를 저하시키는 불순광물 중 황철석을 제거하기 위하여 부유선별법을 적용하였으며, 황철석 외 산화철 계통의 불순광물은 습식 자력선별법을 적용하여 제거함으로써 유용광물의 생산율을 향상시키고자 하였다. 따라서, 산업용 충전재로 사용하기 위하여 입도 조절과 백색도 향상 공정방법이 필요하다.

지금까지 국내에서 적용하는 입도 조절 공정은 광석을 분쇄기에 투입, 일정한 입자로 분쇄된 입자를 분쇄기 밖으로 배출시킨 뒤 입도 조절을 위한 분급기를 사용하여 미립의 충전재 원료를 생산하고, 분급기에서 배출되는 굵은 입자는 다시 분쇄기로 재투입하여 분쇄하는 공정 즉, 투입되는 광석은 전량 일정한 입도 이하로 분쇄되어 산업용 충전재로 사용하는 공정을 채택하고 있다.

따라서, 석영, 장석 등 경질 광물을 분쇄하는데 소요되는 동력이 자연이 증가될 뿐 아니라 분쇄기 내에서 체류시간이 증가함에 따라 분쇄매체와의 충돌횟수가 증가하여 오염이 증가되며, 오염으로 인한 분체산물의 백색도 저하는 물론이고 분체의 물성이 변화되기도 하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 분쇄에 투입되는 분쇄시간 단축으로 분쇄기 효율의 극대화, 분쇄에너지 저감 및 분체산물의 오염을 방지하기 위하여 안출한 것으로서, 가장 특징적인 기술은 광물의 물리적 특성을 이용하여 경질의 석영 등을 굵은 상태로, 견운모질 도석은 미립으로 분쇄하는 선택 분쇄기술과 굵은 상태의 석영 등과 미립의 견운모를 분리하는 분급기술 등 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산을 위한 분쇄, 분급공정을 제공하는 것이다. 이와 같은 공정을 적용한 본 발명은 기존의 미분체 생산 기술과는 달리 분쇄시간을 단축하여 분쇄 에너지 저감은 물론이고 경질의 광물을 굵은 상태로 배출시킴으로써 피 분쇄물의 밀 내 체류시간을 단축하여 분쇄기 효율의 향상과 피 분쇄물의 오염을 방지하여 분쇄산물의 백색도 저하 현상을 방지하게 되는 것이다.

또한 석영 등 불순광물을 분급과정에서 제거함으로써 분체의 물리적 특성 향상이 가능하다. 원광석의 주 구성광물은 석영과 견운모이다. 석영은 모호스 경도 7로서 분쇄가 어려울 뿐 만 아니라 마모성이 강하여 분쇄시 투입되는 분쇄 에너지를 증가시키고, 강한 마모성으로 인하여 분쇄 과정에서 분쇄 매체의 마모에 의하여 오염을 가중시키게 된다.

특히 산업용 충전재로 사용시 구형의 석영 입자들에 의하여 표면이 불규칙하거나 도막의 두께가 증가되기 때문에 충전재의 물성을 저하시키게 된다.

따라서 본 발명에서는 동일한 분쇄기 내에서 분쇄할 때 경질의 석영 등은 비교적 굵은 상태를 유지하고, 미립으로 산출되고 연질인 견운모는 미립화시키는 선택 분쇄기술을 적용하였다. 이러한 상태의 분쇄산물을 공기 분급기를 사용하여 미립화된 견운모를 회수하고, 석영 등은 굵은 산물로 배출시킴으로써 미립화 공정을 마치게 된다. 특히 미립 산물에는 12㎛ 이하의 미립자가 64wt.% 정도 함유되어 있으므로 이러한 미립자를 2차 분급기를 사용하여 회수함으로써 초미립 분체의 생산이 가능하게 된다.

따라서 단일 분쇄기를 사용하여 2종류의 미분체 생산이 가능하며, 특히 물리적인 방법에 의하여 생산하기 곤란한 초미립 분체를 2단의 분급기를 사용함으로써 단일 분쇄기를 사용하여도 초미립 분체의 생산이 가능한 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 충전재 생산을 위한 제조공정도이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 백색도가 낮은 견운모질 도석 원광석을 소정의 선별수단으로 백색도를 저하시키는 함철 불순광물을 제거하여 정제된 견운모질 도석을 생산, 건조하는 단계와; 상기 건조된 원광석에 함유된 경질의 광물을 선택분쇄 기술을 적용하여 74∼61㎛ 크기 이하로 분쇄한 다음 동 분쇄산물을 1차 분급기로 공급하는 단계와; 상기 1차 분급기에 공급된 분체를 43㎛ 이하로 분급하는 단계와; 상기 1차 분급기에 의해 43㎛ 이하로 분리된 분체를 2차 분급기에 공급하여 초미립 분체를 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 선별수단은 부유선별법과 자력선별법을 병행하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 초미립 분체는 12㎛ 이하의 초미립 분체인 것이 효과적이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 충전재 생산을 위한 제조공정도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 먼저 원광석을 저장조에 적재 후 벨트컨베이어를 이용하여 계획된 처리량에 의하여 일정량씩 1차 파쇄기에 공급하고, 파쇄된 광석은 다시 벨트컨베이어를 사용하여 불순광물과 유용광물의 단체분리를 위해 마광기에 공급한다.

마광기에 공급된 광석은 단체분리가 가능한 입도로 마광하여 황철석과 같은 유화철 제거를 위한 불순광물에 소수성 부여를 위하여 조건조에 보내어 소수성을 부여한 후 부유선별기에 공급한다. 부유선별기에서는 소수성화된 유화철 계통의 불순광물을 기포에 부착, 부유시켜 제거한다.

부유선별에 의하여 유화물을 제거한 정광은 다시 자력선별기에 보내어 산화철 계통의 함철 광물을 제거한다. 이러한 과정을 거쳐 불순물이 제거된 광석은 고-액분리 공정을 거쳐 습한 상태의 견운모질 도석 정광의 생산공정이 종료되며 도석 정광은 건조과정을 거치게 된다.

건조된 도석 정광은 다시 미립화를 위하여 분쇄기에 공급한다. 공급된 광석은 최대입도 200메시 정도로 분쇄를 하여 1차 분급기로 공급한다. 1차 분급기 에서는 경질의 광물을 제거함과 동시에 일반 충전재 규격 조건인 325메시 이하로 입도 조절을 위하여 325메시를 기준으로 공기분급을 한다. 분급된 미립의 광석에는 12㎛ 이하의 미립자가 64wt.%정도 함유되어 있으므로 이러한 미립자의 분리 회수를 위하여 2차 분급기에 공급, 최대입자 크기를 15㎛을 기준으로 분급한다.

이러한 과정을 거치게 되면 325메시 이하의 일반 충전재용 분체와 15㎛ 이하의 초미립분체가 생산되어 초미립분체는 고급 충전재로 사용이 가능하게 된다. 따라서 본 발명의 공정에서는 분쇄가 곤란한 경질의 광물을 1차 분급과정에서 제거함으로서 분쇄시간의 단축이 가능하다.

분쇄시간이 단축됨으로써 분쇄시 투입되는 에너지가 절감되게 되며, 밀 내 체류시간이 단축되어 메디어와의 충돌, 마모에 의한 오염을 획기적으로 감소시키게 됨으로서 높은 백색도를 유지하는 일반 산업용 충전재와 고급 산업용 충전재를 거의 동시에 생산이 가능하다는 장점을 내포하고 있다.

본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

원광석을 선택분쇄 및 2단의 분급기를 사용하여 생산한 충전재의 백색도 및 입도 분포를 측정한 결과는 다음 표-1과 같았다.

표-1 개발된 공정으로 생산된 분체의 특성

산물명	평군입도(㎛)	최대입도(㎛)	생산율(wt.%)	백색도
원 광 석	-	-	-	68
경 제 도 석		203	91.5	83
미 립 자	일반 충전재	4.38	43	48.7	85
	고급 충전재	2.35	12	39.8	86
굵은입자	타 용도	34.58	75	3.0	72

※원광석의 백색도는 68 정도로 매우 낮은 수준으로 저가의 타일용 이외의 용도로 사용은 곤란한 것으로 나타났다. 따라서 백색도를 저하시키는 불순광물의 제거를 위하여 부유선별과 자력선별을 병행하여 정제한 결과 백색도는 83으로 향상되었다.

※백색도 83의 정제 도석을 산업용 충전재로 사용하기 위하여 선택분쇄 기술을 적용하여 최대 입도 74∼61㎛크기로 분쇄한 후, 경질의 불순광물 제거 및 산업용 충전재의 입도 요건을 충족시키기 위하여 1차 분급기를 사용, 43㎛ 이하로 분급하면 분체의 생산율은 95wt.%, 백색도는 미립화에 의하여 난반사율이 증가되어 86 정도로 향상되었다.

이러한 분체에는 12㎛ 이하의 초미립자가 64wt.% 정도 함유되어 있다. 따라서 별도의 분쇄과정을 거치지 않고 1차 분급산물을 대상으로 2차 분급을 하면 12㎛ 이하의 초미립 분체를 50wt.% 정도 생산이 가능하다. 따라서 2단의 분급기를 사용하는 공정을 채택하면 단일 분쇄기에서 2종류 이상의 분체 생산이 가능하다. 특히 원광석으로부터 43㎛이하의 분체를 전량 생산한다면 480kWh/t의 전력이 투입되어야 한다.

그러나 최대입도를 74∼61㎛ 크기로 분쇄한 후 2단의 분급기를 사용하면 300kWh/t의 전력으로도 일반 충전재와 초미립 충전재의 생산이 가능하므로 30% 이상의 에너지 절감과 분쇄시간이 1/3 정도로 단축된다. 따라서 본 공정을 채택하게되면 에너지 절약, 오염방지는 물론이고 밀의 처리용량이 3배 정도로 증가되는 장점을 가진다.

(비교예)

지금까지 국내외에서 개발된 미분체 제조공정은 비교적 순수한 원광석을 대상으로 분쇄 후 분급한다. 분급과정에서 분리되는 굵은 입자는 다시 분쇄기에 투입하여 전량 원하는 입자 크기 이하로 분쇄시켜 미분체를 생산한다. 그러나 미분체원료로 사용되는 광석의 대부분은 2종류 이상의 광물이 혼합되어 있으며 이러한 광물은 상이한 물리적 특성을 지니고 있다.

특히 미분쇄에 가장 악영향을 미치는 석영은 거의 모든 광물에 함유되어 있다. 따라서 미분쇄 공장에서는 석영으로 인한 투입 에너지 증가와 분쇄시간의 지연으로 인한 분쇄기의 용량 저하로 어려움을 겪고 있다.

그러나 본 발명에서는 분쇄에 악영향을 미치고 분체의 물성을 저하시키는 석영 등 경질의 광물을 분급과정에서 제거함으로써 에너지 절감, 오염방지 그리고 분쇄기의 용량 향상 등의 효과를 얻을 수 있다. 따라서 종전의 기술과 본 발명의 특성을 비교하면 다음과 같다.

구분항목	기존의 기술	본 발명의 기술
투입에너지	1	0.65
분쇄시간	1	기존의 기술의 1/3(분쇄기 용량이 3배 정도로 증가되는 효과)
분체의 오염정도	많음	적음
분체의 백색도	낮음	높음
생산분체 종류	1	2
분체 생산율	100	95

이상의 비교 결과에서도 알 수 있듯이 개발된 공정은 모든 면에서 기존의 기술에 비하여 월등히 우수한 효과가 있으나 단지 생산율 면에서 5wt.% 정도가 낮음을 알 수 있었다. 특히 분체 생산 원가의 가장 높은 비중을 차지하는 투입 에너지를 35% 정도 절감하며, 분쇄기의 용량을 3배 정도로 향상시키는 효과는 분체 생산원가 절감에 커다란 효과가 기대됨.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 도자기, 타일 등의 원료로 사용되고 있는 견운모질 도석을 이용하여 제지, 페인트, 잉크 등 산업용 충전재로 사용하기 위한 경제적인 공정이 가능하다. 이러한 산업용 충전재는 용도에 따라 다소 차이는 있으나 입도와 백색도에 가장 엄격한 규제를 가하고 있으며, 가격은 원광석에 비하여 상당히 고가로 거래되고 있는 이점이 있다. 그러나 물리적인 방법에 의한 미분체 제조 공정은 투입 에너지가 과다하며 분쇄시 분쇄매체에 의한 오염으로 상당한 어려움을 겪고 있다. 특히 천연상으로 산출되는 대부분의 원료광물은 경도, 입형 등 물리적 성질이 상이한 광석으로 조합되어 있어 분체로서의 균일한 특성을 나타내지 못하는 단점이 있다. 따라서 투입 에너지 절감과 오염 방지를 위한 지속적인 노력을 기울이고 있다.

본 발명은 이러한 문제점의 해결이 가능한 공정으로 기존의 공정 및 생산방법에 비하여 에너지를 35% 정도 절감할 수 있으며, 분쇄기의 효율을 300% 정도 향상시키고, 오염으로 인한 백색도 저하현상을 방지하는 효과가 있으며, 특히 도자기, 타일 등의 원료로 사용되는 견운모질 도석을 본 공정을 사용하여 산업용 충전재로 개발한다면 부가가치 향상율은 매우 커서 국내 부존자원의 부가가치 향상 및 미분체 생산공정 개선에 커다란 기여를 할 수 있는 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법이 제공된다.

Claims (3)

1. 백색도가 낮은 견운모질 도석 원광석을 소정의 선별수단으로 백색도를 저하시키는 함철 불순광물을 제거하여 정제된 견운모질 도석을 생산, 건조하는 단계와;

   상기 건조된 원광석에 함유된 경질의 광물을 선택분쇄 기술을 적용하여 74∼61㎛ 크기 이하로 분쇄한 다음 동 분쇄산물을 1차 분급기로 공급하는 단계와;

   상기 1차 분급기에 공급된 분체를 43㎛ 이하로 분급하는 단계와;

   상기 1차 분급기에 의해 43㎛ 이하로 분리된 분체를 2차 분급기에 공급하여 초미립 분체를 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 선별수단은 부유선별법과 자력선별법을 병행하는 것을 특징으로 하는 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 초미립 분체는 12㎛ 이하의 초미립 분체인 것을 특징으로 하는 견운모질 도석으로부터 산업용 충전재 생산방법.